安科瑞 徐玉麗
江蘇安科瑞電器制造有限公司 江蘇江陰 214405
摘要：介紹惠氏營養(yǎng)品（中國）有限公司電能管理系統(tǒng)，采用智能電力儀表采集配電現(xiàn)場的各種電參量和三相電壓電流的2-31次諧波。系統(tǒng)采用現(xiàn)場就地組網的方式，組網后通過現(xiàn)場總線通訊并且經并入惠氏營養(yǎng)品公司內部局域網遠傳至后臺，通過Acrel-3000型電能管理系統(tǒng)實現(xiàn)變電所配電回路用電的實時監(jiān)測和電能管理。
關鍵詞：惠氏營養(yǎng)品（中國）有限公司;變電所;智能電力儀表;Acrel-3000型;自行組網;電能管理系統(tǒng)
0 引言
惠氏營養(yǎng)品（中國）有限公司（以下簡稱“惠氏公司”）是全球500強企業(yè)之一，也是全球最大的以研發(fā)為基礎的制藥和保健品公司之一。惠氏公司在研究、開發(fā)、制造和銷售藥品、疫苗、生物制品、營養(yǎng)品和非處方藥品等方面處于全球領先地位。惠氏的產品改善了全球各地人們的生活質量。惠氏公司的主要業(yè)務部門有惠氏公司藥物部、惠氏公司健康藥物部和Fort Dodge動物保健品部等。惠氏公司在制藥、疫苗和生物技術方面的領導地位具有悠久的歷史。惠氏公司在婦女衛(wèi)生保健、神經系統(tǒng)疾病、肌肉與骨骼疾病、心血管疾病的治療、疫苗、抗感染、血友病、免疫制劑和抗腫瘤等領域都有業(yè)界領先的產品。惠氏公司同樣也是營養(yǎng)品領域和健康藥物領域的領先者。它在處方藥和非處方藥的研究、開發(fā)及制造和經營方面占有舉足輕重的地位，同時，它在疫苗、生物工程、農產品以及動物健康產品方面也占有重要地位。
由于惠氏公司用電量比較大，并且為響應國務院制定的一系列促進節(jié)能減排的政策措施，更好的對配電系統(tǒng)進行電能管理。因此建立了后臺電能管理系統(tǒng)，對配電進行智能化管理。本項目為惠氏公司四個變電所電能管理系統(tǒng)。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對惠氏公司四個變電所內的低壓配出線進行電力監(jiān)測，以保證用電的安全、可靠和高效。
Acrel-3000型低壓電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術、計算機技術、網絡技術和現(xiàn)場總線技術的最新發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網運行的遠程監(jiān)測和集中電能管理。
1 系統(tǒng)設計
本電能管理系統(tǒng)主要由生產和辦公總計四個變電所進行變配電管理，濕法、干法、廢水三個變電所提供整個惠氏公司生產所需電力，CUB變電所提供惠氏公司全部辦公及后勤用電。高壓電纜進線由外邊開閉所引來，并且監(jiān)控值班室設置在辦公主樓的二樓監(jiān)控室。因此，為實現(xiàn)對整個惠氏公司電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測及對各區(qū)用電的電能管理，在值班室設立了監(jiān)控中心，基于Acrel-3000的電能管理系統(tǒng)后臺，實現(xiàn)對整個配電系統(tǒng)的實時監(jiān)測與電能管理。
1.1 系統(tǒng)結構
本電能管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)惠氏公司四個變電所的0.4kV配電系統(tǒng)的用電監(jiān)測與電能管理；監(jiān)測范圍為四個變電所的T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8變壓器的低壓進線柜、聯(lián)絡柜、饋線柜中的智能電力儀表，從而實現(xiàn)遠程實時監(jiān)測和電能管理。該系統(tǒng)總計有79只儀表（其中包括8只ACR330ELH諧波儀表，71只PZ系列智能儀表），分8條總線，由于四個變電所之間距離較遠，并且較為分散，采用每個變電所內自行組網，然后并入惠氏公司內部局域網的方式，實該現(xiàn)場總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。
系統(tǒng)主要采用分層分布式計算機網絡結構，如圖1所示：站控管理層、網絡通訊層和現(xiàn)場設備層[1]。
圖1 系統(tǒng)總體拓撲圖
1）站控管理層
站控管理層針對電能管理系統(tǒng)的管理人員，是人機交互的直接窗口，也是系統(tǒng)的最上層部分。主要由系統(tǒng)軟件和必要的硬件設備，如工業(yè)級計算機、打印機、UPS電源等組成。電能管理系統(tǒng)軟件具有良好的人機交互界面，對采集的現(xiàn)場各類數(shù)據(jù)信息計算、分析與處理，并以圖形、數(shù)顯、聲音等方式反映現(xiàn)場的運行狀況。
監(jiān)控主機：用于數(shù)據(jù)采集、處理和數(shù)據(jù)轉發(fā)。為系統(tǒng)內或外部提供數(shù)據(jù)接口，進行系統(tǒng)管理、維護和分析工作。
打印機：系統(tǒng)召喚打印或自動打印圖形、報表等。
UPS：保證計算機監(jiān)測系統(tǒng)的正常供電，在整個系統(tǒng)發(fā)生供電問題時，保證站控管理層設備的正常運行，提供足夠的時間進行數(shù)據(jù)存儲。
2）網絡通訊層
通訊層設備為Nport5232I串口服務器。該層是數(shù)據(jù)信息交換的橋梁，負責對現(xiàn)場設備回送的數(shù)據(jù)信息進行采集、分類和傳送等工作的同時，轉達上位機對現(xiàn)場設備的各種控制命令。
通訊介質：系統(tǒng)主要采用屏蔽雙絞線，以RS485接口，Modbus通訊協(xié)議實現(xiàn)現(xiàn)場設備與上位機的實時通訊。
3）現(xiàn)場設備層
現(xiàn)場設備層是數(shù)據(jù)采集終端，主要由智能儀表組成，采用具有高可靠性、帶有現(xiàn)場總線連接的分布式I/O控制器構成數(shù)據(jù)采集終端，向數(shù)據(jù)中心上傳采集的數(shù)據(jù)。智能電力儀表擔負著最基層的數(shù)據(jù)采集任務，其監(jiān)測的數(shù)據(jù)必須完整、準確并實時傳送至監(jiān)控主機。
以上網絡儀表均采用RS485接口和Modbus-Rtu通訊協(xié)議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，最大傳輸距離為1.2km。
1.2 現(xiàn)場儀表
本項目對于變壓器低壓主進線回路的監(jiān)測采用安科瑞的ACR330ELH多功能諧波儀表，其是針對電力系統(tǒng)、工礦企業(yè)、公共設施、智能大廈的電力監(jiān)控需求而設計的網絡電力儀表，它能測量所有常規(guī)電力參數(shù)，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度、無功電度、并可監(jiān)測電壓、電流的2-31次諧波分量等多種電參量。并且本儀表帶有4路光電隔離開關量輸入接點和2路繼電器控制輸出接點，這些接點可以配合智能斷路器實現(xiàn)斷路器的遙信、遙控操作。該系列網絡電力儀表主要應用于變電站自動化、配電網自動化、小區(qū)電力監(jiān)控、工業(yè)自動化、能源管理系統(tǒng)及智能建筑等領域。
對于其他的配電柜出線回路，采用的都是PZ-80/E4智能電力儀表，PZ-80/E4智能電力儀表，為嵌入式安裝，可安裝在動力箱或低壓出線柜門板上，面板尺寸為80mm×80mm，規(guī)格為220/380V、5A，電流經互感器接入，精度0.5級，廣泛應用于高、低壓進線柜、聯(lián)絡柜、出線柜、動力柜等場合，帶RS485接口，Modbus通訊協(xié)議[2]。
2 電能管理系統(tǒng)主要功能
2.1 數(shù)據(jù)采集與處理
數(shù)據(jù)采集是配電監(jiān)控的基礎，數(shù)據(jù)采集主要由底層多功能網絡儀表采集完成，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)的本地實時顯示。需要完成采集的信號包括：三相電壓U、三相電流I、頻率Hz、功率P、功率因數(shù)COSφ、電度Epi、遠程設備運行狀態(tài)等數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)處理主要是把按要求采集到的電參量實時準確的顯示給用戶，達到配電監(jiān)控的自動化化和智能化要求，同時把采集到的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫供用戶查詢。
2.2 人機交互
系統(tǒng)提供簡單、易用、良好的用戶使用界面。采用全中文界面，CAD圖形顯示低壓配電系統(tǒng)電氣一次主接線圖，顯示配電系統(tǒng)設備狀態(tài)及相應實時運行參數(shù)，畫面定時輪巡切換；畫面實時動態(tài)刷新；模擬量顯示；開關量顯示；連續(xù)記錄顯示等。
2.3 歷時事件
歷時事件查看界面主要為用戶查看曾經發(fā)生過的故障記錄、信號記錄、操作記錄、越限記錄提供方便友好的人機交互，通過歷史事件查看平臺，您可以根據(jù)自己的要求和查詢條件方便定位您所要查看的歷史事件，為您把握整個系統(tǒng)的運行情況提供了良好的軟件支持。
2.4 數(shù)據(jù)庫建立與查詢
主要完成遙測量和遙信量定時采集，并且建立數(shù)據(jù)庫，定期生成報表，以供用戶查詢打印。
2.5 用戶權限管理
針對不同級別的用戶，設置不同的權限組，防止因人為誤操作給生產，生活帶來的損失，實現(xiàn)配電系統(tǒng)的安全，可靠運行。可以通過用戶管理進行用戶登錄、用戶注銷、修改密碼、添加刪除等操作，方便用戶對賬號和權限的修改。
2.6 運行負荷曲線
負荷趨勢曲線功能主要負責定時采集進線及重要回路電流和功率負荷參量，自動生成運行負荷趨勢曲線的，方便用戶及時了解設備的運行負荷狀況。點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；可以查看實時趨勢曲線或歷史趨勢線；對所選曲線可以進行平移、縮放、量程變換等操作，幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，為分析整個系統(tǒng)的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。
2.7 遠程報表查詢
報表管理程序的主要功能是根據(jù)用戶的需要設計報表樣式，把系統(tǒng)中處理的數(shù)據(jù)經過篩選、組合和統(tǒng)計生成用戶需要的報表數(shù)據(jù)。本程序還可以根據(jù)用戶的需要對報表文件采用定時保存、打印或者召喚保存、打印模式。同時本程序還向用戶提供了對生成的報表文件管理功能。報表具有自由設置查詢時間實現(xiàn)日、月、年的電能統(tǒng)計，數(shù)據(jù)導出和報表打印等功能。
3 系統(tǒng)案例分析
上位機軟件為Acrel-3000電能管理系統(tǒng)組態(tài)軟件，該軟件是對現(xiàn)場電參量數(shù)據(jù)進行采集與監(jiān)測的專用軟件，最大的特點是能以靈活多樣的“組態(tài)形式”而不是編程方式來進行系統(tǒng)集成，它提供了良好的用戶開發(fā)界面和簡捷的工程實現(xiàn)方法，只要將其預設置的各種軟件模塊進行簡單的“組態(tài)”，便可以非常容易地實現(xiàn)和完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)測功能。Acrel-3000電能管理系統(tǒng)具有友好的人機交互界面，可實時和定時采集現(xiàn)場設備各電參量及開關量狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳給監(jiān)控主機進行實時顯示與存儲。系統(tǒng)還提供了實時曲線和歷史趨勢曲線分析，符合用戶設計需要的報表、事件記錄和故障報警等功能[3]。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)所有回路用電量的采集和統(tǒng)計，實現(xiàn)了遠程自動抄表、電力監(jiān)測與電能管理功能。
3.1 數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)圖顯示
現(xiàn)場儀表測量并采集回路數(shù)據(jù)信息，上位機軟件再對現(xiàn)場儀表的數(shù)據(jù)進行定時或周期采集并存儲，可以自由設置采集的時間周期，最小的系統(tǒng)支持的采集周期。可以隨時查看任一表計的瞬時表值、累計量等信息，記錄時間間隔內電力儀表的電壓、電流、功率因數(shù)和有功電度等。這些參數(shù)信息可以自動保存到數(shù)據(jù)庫中，便于查詢。
系統(tǒng)具有友好的人機界面，便于普通的現(xiàn)場值班人員查看并記錄相關信息，系統(tǒng)一次圖（如圖2、圖3）不僅顯示了線路的開關狀態(tài)，還實時顯示電壓、電力、有功電度等重要的電力參數(shù)。所有數(shù)據(jù)信息都定期的保存到數(shù)據(jù)庫中。
圖2 20KV高壓一次系統(tǒng)圖
圖3 3#變壓器低壓一次系統(tǒng)圖
3.2 遠程抄表
系統(tǒng)對所有采集到的數(shù)據(jù)都能實時的顯示，并保存到數(shù)據(jù)庫中，因此可以手動查詢每個回路的所有實時及歷史電參量數(shù)據(jù)，并以表格的形式展現(xiàn)給用戶，便于打印、保存。如圖4所示。
圖4 回路遠程抄表
3.3 電能報表
系統(tǒng)采集的有功電度數(shù)據(jù)，按照回路名稱的不同，自動生成日報表、月報表和年報表并有報表打印功能，并可對某一回路的某一時間段內的用電量進行查詢與打印，同時這些報表也能以Excel的格式導出。如圖5所示。
圖5 電能管理報表
3.4 電流趨勢曲線
本系統(tǒng)對于重要回路，不僅可以對電流進行實時顯示與監(jiān)測，并可以根據(jù)保存的歷史數(shù)據(jù)做成趨勢曲線，可以查看實時和歷史變化趨勢，預測電力負荷容量，并可對電力故障進行查詢，保證電力負荷的安全運行。如圖6所示。
圖6 電流趨勢曲線
3.5 事件記錄與報警
主要用于查看歷史報警信息；幫助用戶進行事故查詢與追憶；支持歷史查詢，打印等功能。實時報警信息會即時彈出，提醒用戶所進行的操作。并對所有操作具有自動事件記錄功能。如圖7所示。
圖7 回路跳閘報警
4 結束語
隨著智能建筑的發(fā)展及電力的廣泛應用，對智能建筑的配電系統(tǒng)的智能化集成管理已成為國家機關辦公建筑及大型公共建筑智能化建設的必然趨勢，本文介紹的基于Acrel-3000的電力監(jiān)測與電能管理系統(tǒng)，不僅可以實時顯示電力運行狀態(tài)及用電狀況，還能對數(shù)據(jù)進行分析處理，以用戶適用的方式展現(xiàn)出來，滿足用戶的需求，實現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的分析、處理，其生成各種電能報表、分析曲線、圖形等，極大的方便了用戶的使用，便于配電系統(tǒng)的實時監(jiān)控與電能的遠程抄表與分析研究，為智能建筑的節(jié)能技術提供參考。
參考文獻
[1].王斌 杜運東等.基于Acrel-5000的大型公共建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用[J].智能建筑電氣技術.2009.3(5)
[2].任致程 周中. 電力電測數(shù)字儀表原理與應用指南[M]. 北京. 中國電力出版社. 2007.4
[3].周中.杜運東.電力儀表在大型公共建筑電能分項計量中的應用[J].現(xiàn)代建筑電氣 2010. 6
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